Численное моделирование теплового фронта при пароциклической обработке призабойной зоны скважины с учетом переменных теплофизических свойств насыщенного коллектора

Постановка проблемы. Традиционные методики численного описания пароциклического воздействия на прискважинную область основываются на гипотезе о неизменности теплопроводности и теплоемкости горных пород. Подобное упрощение не позволяет адекватно воспроизвести картину теплопереноса в ситуации, когда и температурное поле, и соотношение жидкой, паровой и нефтяной фаз непрерывно эволюционируют во времени.

Цель. Разработать и осуществить программную реализацию уточненной математической модели теплопереноса в призабойной зоне скважины при пароциклической обработке, учитывающей зависимость эффективных теплофизических характеристик пласта от температуры и водонасыщенности, а также тепловые потери в кровлю и подошву.

Результаты. Реализована неявная конечно-разностная схема на адаптивной сетке со сгущением узлов в окрестности ствола скважины. Проведено детальное численное воспроизведение полного цикла обработки, включающего в себя три стадии: нагнетание теплоносителя, выдержку (пропитку) и добычу. По соотношению Маркса–Лангенхейма количественно оценены потери тепловой энергии в кровлю и подошву продуктивного пласта. Построены кривые изменения во времени радиуса прогретой зоны и определены удельные затраты пара в расчете на 1 т дополнительно полученной нефти. Выявлено, что переход от модели постоянных коэффициентов к термодинамически зависимым характеристикам сдвигают расчетную длительность стадии пропитки на 12–18%. Разработан программный продукт на языке Python.

Практическая значимость. Создание и внедрение в промысловую практику уточненной математической модели и программного комплекса позволяют существенно повысить точность прогнозирования и эффективность управления пароциклической обработкой призабойной зоны скважин на месторождениях высоковязкой нефти.